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考虑损伤的西原流变模型及其工程应用研究

2020-12-02阅读(1012)

考虑损伤的西原流变模型及其工程应用研究

论文摘要

岩体的流变模型是岩石流变理论的核心组成部分。随着我国经济的发展,我国的基础设施建设的规模呈现日新月异的增长,工程中岩石流变问题也越来越复杂。研究表明,岩体参数会因为损伤随时间变化而衰减。因此,只有从岩体流变学和损伤理论的观点和方法出发来考虑岩石的流变受力变形特性,才能更合理有效地服务于工程实际。本文基于能较为全面反映岩土体弹-黏弹-塑粘性流变性质的西原流变模型,结合由损伤导致的参数衰减,提出考虑损伤的西原流变模型,将其进行FLAC3D自定义本构模型二次开发以及工程应用。主要内容及成果如下:（1）结合摩尔库伦屈服准则和损伤理论,提出考虑损伤的西原流变模型和利用三轴压缩试验确定损伤阈值,并推导出考虑损伤的西原流变模型的有限差分格式以及用于FLAC3D中的应力更新方程和应力修正方程;（2）根据差分格式,利用FLAC3D软件提供的二次开发平台进行对本文模型进行二次开发,并详细列出了二次开发中的重要方法、关键变量、编码流程;根据退化后的FLAC3D内置伯格斯流变模型对比试验和文献中的室内试验分别验证了本文模型未进入屈服状态和进入屈服状态后的正确性和适用性;（3）结合数值试验,以应变和位移为指标,对本文提出的模型中各个参数进行了敏感性分析,并将本文模型应用于模拟蠕变、松弛、分级循环加卸载试验,证明了本文模型能较好地模拟这些试验,特别是对加速蠕变阶段的模拟;（4）以云南某红层软岩隧道为例,基于三轴压缩确定其损伤阈值为0.25%。结合文献相关参数,将本文模型和退化的本文模型（未考虑损伤）计算结果及现场监测进行了对比研究,证明了本文考虑损伤的西原模型更符合实际。另外,还基于本文模型对隧道开挖方法进行了研究,模拟结果表明,隧道双侧壁导坑法施工比二步台阶法、单侧壁导坑法更具安全性。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 1 绪论
  •   1.1 研究背景与意义
  •   1.2 国内外研究现状
  •     1.2.1 流变理论研究现状
  •     1.2.2 与损伤相关的流变本构模型研究现状
  •     1.2.3 FLAC二次开发研究现状
  •     1.2.4 目前研究存在的主要问题
  •   1.3 研究内容和技术路线
  •     1.3.1 研究内容
  •     1.3.2 技术路线
  • 2 考虑损伤的西原流变模型及其三维差分格式
  •   2.1 流变的基本理论
  •     2.1.1 流变现象
  •     2.1.2 流变模型元件
  •     2.1.3 经典流变模型
  •   2.2 考虑损伤的西原流变模型
  •     2.2.1 西原流变模型
  •     2.2.2 岩体参数损伤变量
  •     2.2.3 损伤判别条件
  •     2.2.4 损伤阈值确定
  •     2.2.5 屈服准则的选取和建立
  •   2.3 考虑损伤的西原模型差分格式
  •     2.3.1 偏应变增量的差分格式
  •     2.3.2 应力更新及应力修正
  •   2.4 本章小结
  • 3 考虑损伤的西原模型FLAC3D程序及验证
  •   3.1 关键方法、变量和程序流程
  •     3.1.1 关键方法
  •     3.1.2 关键变量
  •     3.1.3 开发流程
  •   3.2 模型验证
  •     3.2.1 未进入屈服状态时的验证
  •     3.2.2 进入屈服状态时的验证
  •   3.3 本章小结
  • 4 参数敏感性分析及数值试验
  •   4.1 模型中参数的敏感性分析
  •     4.1.1 与变形相关参数的敏感性分析
  •     4.1.2 与损伤相关参数的敏感性分析
  •   4.2 考虑损伤的西原模型蠕变数值试验
  •     4.2.3 数值试验试件及加载方式
  •     4.2.4 蠕变数值试验结果分析
  •   4.3 考虑损伤的西原模型松弛数值试验
  •     4.3.1 数值试验试件及加载方式
  •     4.3.2 松弛数值试验结果分析
  •   4.4 考虑损伤的西原模型分级循环加卸载数值试验
  •     4.4.1 数值试验及加卸载方式
  •     4.4.2 分级循环加卸载数值试验结果分析
  •   4.5 本章小结
  • 5 工程应用
  •   5.1 工程概况
  •     5.1.1 地质构造与地形地貌
  •     5.1.2 地层岩性
  •     5.1.3 不良地质作用
  •   5.2 室内试验
  •     5.2.1 三轴压缩试验
  •     5.2.2 试验结果分析
  •   5.3 隧道施工模拟
  •     5.3.1 隧道模型
  •     5.3.2 参数取值及开挖顺序
  •     5.3.3 模拟结果分析
  •   5.4 开挖方法研究
  •   5.5 本章小结
  • 6 结论与展望
  •   6.1 主要结论
  •   6.2 不足与展望
  • 参考文献
  • 附录
  •   A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
  •   B.学位论文数据集
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 何晓樟

    导师: 王桂林

    关键词: 流变本构模型,西原模型,损伤,二次开发,围岩变形

    来源: 重庆大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 地质学,建筑科学与工程

    单位: 重庆大学

    分类号: TU45

    DOI: 10.27670/d.cnki.gcqdu.2019.000849

    总页数: 102

    文件大小: 3586k

    下载量: 29

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